Hochschule Heilbronn Verbesserung der Maßhaltigkeit von Karosserieanbauteilen

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Mit einem von der Hochschule Heilbronn und Partnern* entwickelten Falzbett lassen sich insbesondere Rand- und Anschlussbereiche von Klappen und Türen in kürzester Zeit bei geringem Aufwand um bis zu 2 mm ändern. Hierdurch können Anbauteile sowohl in der Anlauf- phase als auch in laufender Produktion bei hoher Fugenqualität an ihre Nachbarteile angepasst werden.

Beim Fügen von Struktur- und Außenhautteilen zu Klappen und Türen findet häufig das Rollfalzen Anwendung. Da Falzen einen Umformprozess darstellt, welcher (neben plastischer) auch elastische Energie in die Baugruppe einbringt, entspricht die so erhaltene Geometrie der Baugruppe meist nicht der Zielgeometrie. Ferner haben toleranzbedingte Abweichungen der Einzelteile Maß- und Formabweichungen der Baugruppe zur Folge. Eine besondere Herausforderung stellt im Rohbau die Passgenauigkeit im Übergangsbereich solcher Baugruppen dar. Da heute gebräuchliche, starre Falzbetten keine Stellmöglichkeiten bieten, um auf das Versatzproblem zwischen einzelnen Baugruppen in der Gesamtkarosserie einzuwirken, sind oft teure Werkzeugkorrekturen an den Einzelteilwerkzeugen erforderlich. Für eine Korrekturschleife fallen schnell Kosten zwischen 10.000 und 200.000 Euro an. Pro Fahrzeug werden etwa 10 bis 12 komplexe Einzelteile mittels Falzen zu Klappen und Türen gefügt. Mit dem hier vorgestellten, einstellbaren Falzbett lässt sich je Fahrzeugvariante bereits in der Anlaufphase ein Kosteneinsparpotenzial in der Größenordnung mehrerer Hunderttausend Euro erschließen. Weiteres Einsparpotenzial besteht in der laufenden Serienproduktion, indem Nacharbeit und Ausschuss reduziert werden.

 Die Untersuchung der Wirkung des einstellbaren Falzbetts erfolgte an einer Motorhaube mit einem unkompensierten Außenhautteil (Abweichungen > 7 mm). Die Einzelteile bestehen aus einer 6016-Aluminiumlegierung mit einer Blechdicke < 1 mm. Im Rahmen wissenschaftlicher Untersuchungen konnte ein großer Einfluss der Geometrie der Falzbett-Wirkfläche auf die Geometrie der Baugruppe nachgewiesen werden. Neben dem Falz­bett wurde eine robuste, schnell und einfach einzustellende Stelleinheit entwickelt, die eine gezielte Modifikation der Wirkfläche ermöglicht. So wird zum Beispiel durch eine schwimmende Lagerung ein Verspannen des Falzbetts der Stelleinheiten selbst unterbunden.

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Verbesserung der Baugruppe in Anschlussbereichen

Die Abweichungen der sichtspaltrelevanten Anschlussbereiche wurden alleine durch Stellen des Falzbetts von 1,6 mm auf unter 0,5 mm reduziert. Lediglich im weniger relevanten Anschlussbereich zur Windschutzscheibe betrugen die Abweichungen noch 1,1 mm. Damit wurde nachgewiesen, dass mittels einstellbaren Falzbetts die Modifikation der Einlege- und Spannsituation der Fügepartner vor dem beziehungsweise beim Rollfalzen gelingt und die Geometrie der Baugruppe signifikant verändert werden kann. Die adaptive Falzvorrichtung ist dreiteilig aufgebaut. Sie besteht aus Grundgestell, meist einteiliger, einstellbarer Falzbettkrone sowie mehrteiligem, einstellbaren Niederhalter. Die Einstellung der Falzbettkrone erfolgt über standardisierte Stell­einheiten, die zwischen Krone und Grundgestell platziert sind.

 So sind bei der hier konkret vorgestellten Konstruktion (Falzbettkronen-Dicke 50 mm und Falz­bettkronen-Material GGG50) lokale Wirkflächenanpassungen von ± 0,40 mm/ pro 300 mm Wirkflächenlänge ohne bleibende Verformung reversibel möglich. Wählt man andere Konstruktionsparameter (geringere Falzbettkronen-Dicke, Material mit höherer Streckgrenze 42CrMo4, vorvergütet), so sind laut Simulation deutlich größere Anpassungen der Wirkfläche möglich.

 Global, nämlich über die gesamte Breite der Baugruppe, kann der Anschlussbereich zur A-Säule relativ zur Bauteilmitte (Y0) bei der hier vorliegenden Parameterkonstellation um ± 1,6 mm verstellt werden. Mit geänderten Konstruktionsparametern sind auch größere reversible Anpassungen möglich. Der Gewindestellmechanismus ermöglicht eine stufenlose Einstellung. Mechanisch bedingt sind die resultierenden Wirkflächen stets krümmungsstetig, sodass keine negativen Einflüsse auf die Oberflächenqualität der herzustellenden Baugruppe zu erwarten sind.

Höchste Flexibilität im Rohbau bei geringen Kosten

Die durch die Einstellbarkeit verursachten Zusatzkosten liegen bei etwa 30 % bis 40 % für das Falzbett mit Stelleinheiten. Berücksichtigt man die Gesamtkosten einer kompletten Falzzelle darf der Mehraufwand als durchaus vernachlässigbar bezeichnet werden. Der Zeitaufwand der Einstellung durch den Einrichter beträgt je nach Stellumfang zwischen 30 Minuten und ein bis zwei Stunden, nachdem der Stellauftrag vom Entwickler in Papierform oder per Stell-App bereitgestellt wurde.

 Als nächster Schritt ist geplant, das einstellbare Falzbett mit elektromechanischen Stelleinheiten auszustatten. Auf diese Weise soll in der Serienfertigung im Closed-Loop-Prozess mindestens auf Chargenschwankungen, oder noch besser auf Basis geeigneter Algorithmen im Open-Loop-Prozess sogar auf Bauteilschwankungen, reagiert werden können.

*Idee und Konzept beigesteuert durch die Hochschule Heilbronn und die Inigence GmbH, Entwicklung, Konstruktion und Realisierung durch die Hochschule Heilbronn und die Stickel GmbH, Weiterentwicklung durch die Inigence GmbH.

HS Heilbronn

Leichtere Außenhautteile durch neuartigen Ansatz der Beulsteifigkeit

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